(交通运输)智慧城市系列之智能交通系统(完整版)

1、第二章智能交通系统的发展第二章 智能交通系统的发展第一节ITS的基本概念“智能交通系统”,简称 ITS (Intelligent Transportation systems),是交通运 输领域各种高科技技术系统的一个统称。凡是运用高新科学技术手段组成的、 旨在改善交通状况、缓解交通问题的各种技术系统，都可称为ITS。相关的高新 技术主要包括信息技术、计算机技术、自动控制技术、通讯技术等。改善交通 状况主要是指提高交通运输效率和提高汽车行驶性能；缓解交通问题主要是指 减少交通事故和降低交通对环境的污染。ITS这一国际性术语于1994年被正式认定。在此之前，美国称这类技术或 相关研究项目为“智能

2、车辆道路系统dVHS)w (Intelligent Vehicle Highway System)；日本将这类技术称为UTMS、VICS等；欧盟则称之为“道路交通信 息技术(RTI)”。国际标准化组织(ISO)为ITS设立的专项叫ISO/TC_204,使 用的术语是"TICS (交通运输信息与控制系统”第二节ITS在美国美国在60年代末就已研究开发电子导行系统ERGS (Electronic Route Guidance System)o后来，美国发现欧盟、日本都在致力于研究应用高新技术改 善道路交通状况的课题；又考虑到在冷战结束后美国的许多军用高科技成果可 转向民用，故中断了相关研

3、究。1989年，由联邦运输部向国会提出了一个研发 运用高科技成果改善道路交通的长达30年的战略计划，定名为IVHS,并投资300多亿美元组织全国政府部门、高等院校、研究机构、产业界(包括众多咨询 公司)投入这项研究。(1) IVHS战略计划(2) 1989年IVHS战略计划1989年美国制定了 IVHS的研究总目标、研究的分系统及研究内容等。确 定其研究目标是：使用信息技术、计算机自动控制等高新技术建立先进的交通管理系统， 提高城市道路与城际高速道路网的运营效率。通过车内、车外信息系统，向驾驶员提供交通状况及驾驶所需有关信息 及行驶路线导行信息，使车辆可以最短时间到达目的地。用车内安全报警系统

4、提高驾驶员注意力，提高交通安全性。用安全报警系统、辅助驾驶系统、车辆辨识系统等提高货车等商用车的 运行效率、安全性与可靠性。用出行信息系统给旅行者提供各类交通信息，提高交通服务水平，使出 行方便、畅通、舒适。改善车辆在道路上的运行状态，降低交通对环境的污染。发展交通运输系统智能化、信息化设施新产业。战略计划中的IVHS分成四个分系统：先进的交通管理系统(Advanced Traffic Management System,简称 ATMS)> 先进的交通信息系统(Advanced Traveler hifonnation System,简称 ATIS)> 商用车运行管理系统(Comm

5、eicial Vehicle Operation System,简称 CVOS)、先进的车辆控制系统(Advanced Vehicle Control System,简称 AVCS)。(3) 1991 年的 ISTEA1991年美国又提出新一轮的道路交通建设法案，即简称ISTEA (Iiitennodal Surface Transportation Efficiency Act)的陆上综合交通运输效率化法案，被美 国交通运输界誉为确立美国交通运输新政策的一部划时代的交通运输建设新法 案。这就是著名的“冰茶法案:法案中，把IVHS的研究开发置于道路交通建 设政策的中心项目的位置，并规定了研究开

6、发IVHS的巨大投资计划。(4) 1992年IVHS战略计划美国1992年再次提出的IVHS战略计划，把四大分系统的研究课题分为两 大类：“研究开发”与“运行测试”。前者是IVHS的基础研究，后者是把基础研 究成果推向实际应用前的论证阶段。从美国IVHS战略计划的研究内容可见：IVHS不仅涉及所需的高新技术， 还涉及实施运行后，IVHS对社会、经济、法律、土地使用及人们出行行为的影 响，以及所需采取的管理制度的建立等研究内容。可见，IVHS不仅使交通运输 建设与运行管理走上高科技之路，使交通运输产生划时代的改变，而且将对社 会、经济、法律、土地使用产生深远的影响。2 .研究IVHS的组织机构1

7、989年美国有一个民间组织，叫Mobility-2000,自发开展有关促进协调研 究IVHS的工作。提出IVHS战略计划后，考虑到这样庞大的研究计划涉及学科 众多，于是美国运用二战中组织大型科研项目的成功经验，在国家的主持下， 于1990年成立研究工作的组织、管理与协调专门机构，组织来自全国各部门(政 府部门、高等院校、研究机构、企业单位、咨询公司等)、各学科的专家、学者、 管理人员共同协作完成IVHS研发任务。这个组织机构开始取名为IVHSAmeiica (Intelligent Veliicle Highway Society-America)。3 .从 IVHS 到 ITS1994,美国

8、根据IVHS的实际在研项目，认为IVHS的名称已不能覆盖其全 部内容，因而把IVHS改名为ITSo在原IVHS四大分系统基础上再增加两个分 系统，先进的公共交通系统(Advanced Public Transit System,简称APTS)和先 进的乡村交通系统(Advanced Ruial Tianspoitation System,简称 ARTS),形成 现在的ITS研究的构架。与此同时，原组织机构IVHS-Ame】ica也随之更名为 ITS-Americao4 .时间节约战略1996年1月，美国联邦运输部又发布了 “交通运行时间节约战略”。在这个 “战略”中提出了 ITI (Intel

9、ligent Transportation Infirastructuie)”智能交通运输基 础设施”的新概念，就是要通过美国75个城市“智能交通运输基础设施”的建 设，在今后10年内，实现旅行时间缩短15%的一项计划，借以加强ITS研究成 果的实施，推进ITS设施产业的发展。ITI “智能交通运输基础设施”概念的提出及其在美国75个城市中的实施， 加上日本在全国推广VICS及其ITS设施建设的响应与国际上ITS的激烈竞争表 明：新世纪的交通运输基础设施已不再是传统的土建设施，而是土建加ITS设 施的综合，这是对传统交通运输基础设施观念的一个彻底更新。无疑，没有强 有力的产业经济利益的支撑，美

10、国是不会提出这样的“战略”的。5 . ITS的效益(1)美国于1990年在达拉斯(Dallas)召开了全国IVHS会议,对当时LVHS 的效益作了定性的描述，认为：IVHS可以促进全国交通运输业的发展，汽车工 业将有一个飞跃，现有路网将被更加有效地使用，旅行者的出行将更安全、方 便、通畅、舒适，能源将大大节省，环境将得到改善。(2) Mobility-2000曾对美国应用IHVS技术的潜在效益作过分析，基本结 论如下： 可使都市地区的交通阻塞损失降低25%40%。以1990年美国因交通阻 塞损失1000亿美元计，因IVHS每年至少可减少损失250亿美元。这项效益还 将因交通量的逐年增长而增加。

11、 到2010年，估计每年可以减少交通事故死亡11500人及220亿次交通事 故；到2020年可以减少交通事故死亡33500人，交通事故650亿次。此外尚可带来减少能源消耗，降低大气污染，提高城市运输生产力的效 益。 各相关产品的国际国内市场效益，估计到2000年可达每年280亿美元。Mobility-2000对IVHS计划成本估计包括研究、开发、测试、设计、安装， 共约350亿美元。这是以美国250个大都市、18000里高速公路上全部使用IVHS 为前提的。分项成本如下： 研究开发成本约14亿美元； 测试经费约30亿美元； 实施安装成本约300亿美元；此外车主大约要花费800-1000美元购买

12、车内有关设备。若单计降低交通拥挤损失及产品市场效益两项，以上成本一年即可全部回 收。(3)美国得克萨斯(Texas)州运输部对IVHS的效益估计ATMS可减少停车次数30%,降低行驶时间13%45%； ATIS又可降低行 驶时间10%15%； CVO可提高货运效率；AVCS可减少交通事故，提高道路 9第二章智能交通系统的发展通行能力，减少废气排放8%15%。(4)美国实施ITS取得的实效 ATMS在密歇根(Michigan)使高峰期间车速提高19%,在密苏里 (Missouri)使高峰期间车速提高35%； ATIS使行驶时间缩短了 19%； AVCS使公共汽车交通事故降低20%。第三节ITS在

13、日本1 .研究ITS的简要历史(1) 1971 年日本就开始研究开发 CACS( Comprehensive Automobile Control System), 1979年完成，未能实施；(1) ) 1984 年建设省研究开发 RACS (Road Automobile Conununication System), 1991年完成，未能实施；(3) 1987 年警察厅研究开发 AMTICS(Advanced Mobile Traffic Information and Communication System), 1991 年完成，也未能实施；(4) 1991年，在上述系统基础上，警察厅

14、、建设省、邮电省联合开发VICS (Vehicle hifonnation and Conununication System), 1993 年完成，1994 年开始在 东京试运行，获得成功，1996年在东京1都3县开始服务，1997年组织全国推 广。(5) 1993 年，日本提出 UTMS (Universal Traffic Management System)计 划，全面展开研究ITS。UTMS包括六个分系统： ITCS (Integrated Traffic Control System)集成交通控制系统； AMIS (Advanced Moblie Infonnation Syste

15、m)先进车辆信息系统； MOCS (Mobile Operation Control System)车辆运行控制系统； DRGS (Dynamic Route Guidance System)动态路线导行系统； PTPS (Public Transportation Priority System)公共交通优先系统； EPMS(Enviiomnent Protection Management System)环境保护管理系统。(6) 1995年，在横滨召开的第二届世界ITS会议后，把所有研究项目也统称为ITS。2. ITS基本国策日本研发ITS的基本政策是从“基本方针”、“实施方针”到“ITS

16、总体构想二（1） “基本方针”1995年2月，日本政府制定了 “推进实施高度信息通信社会的基本方针”； 6月，日本内阁会议正式通过。在“基本方针” 5个研究领域中，道路交通情报 化研究被列在首位。（2） “实施方针”同年，在“推进实施高度信息通信社会的基本方针”的基础上，由与研究 ITS有关的四省一厅（建设省、通产省、运输省、邮电省以及警察厅）联合制定 并宣布了 “在道路、交通、车辆领域实施信息化的方针”，“实施方针”向国内 外表明了日本政府对于推进研究开发ITS的积极姿态。其目的在于：组织推进 政府、产业界与学术界联合开发研究ITS,并于21世纪初把各种系统陆续投入 实用，构成ITS体系。实

17、施措施“实施方针”提出11条实施措施：制定总体构想组织研究管理机构研究与开发项目实施测试内容基础设施布设开发ITS的实用化法制、制度的配合考虑标准化系统的兼容适应性国际合作ITS国际会议 13 公共交通优先商用车辆高效化行人紧急车辆运行“实施方针”研究领域“实施方针”计划研究开发9个领域:导行系统自动收费系统安全驾驶系统交通管理最优化道路管理高效化（3） “ITS总体构想”1996年7月，在“实施方针”基础上，日本的四省一厅联合制定并出版了 “推进ITS总体构想”。“总体构想”的目的使国民深入理解ITS的必要性和通过统一产、学、官各界目标推进ITS实用 化的研究开发。“总体构想”研究计划“总体

18、构想”研究计划在“实施方针” 9个开发领域的基础上，进一步明确 20项为用户服务项目。应“总体构想”的提出，1996年日本政府安排596亿日元用于ITS实用化 和改善基础设施，74亿日元用于ITS的研究开发，用高额的财政支持来加紧推 进ITS的研究与开发应用。3.研究ITS的组织机构为研究开发ITS,日本政府及民间曾成立不少组织机构，主要有：(1) HIDO日本 1984 年就已成立 HIDO ( Highway hidustiy Development Organization)财团法人“道路新产业开发机构”，专门资助ITS研究成果的 开发应用及产业化。(2) UTMS-JAPAN1993

19、年配合 UTMS 的提出，成立 UTMS-JAPAN (Universal Traffic Management Society of Japan) “日本通用交通管理系统研究促进协会(3) VERTIS1994年开始，效仿美国、欧洲，四省一厅联合组织成立全国统一的研究开 发 ITS 的组织机构VERTIS (Vehicle, Road and Traffic Intelligence Society), 即“车辆、道路和交通智能化协会二(4) ITS的效益分析(1)交通效益日本对ITS的效益估计见表2-1 o表21日本ITS交通效益估计10年后20年后30年后减少交通事故0.850.700.

20、50降低堵车发生率0.500.200节省燃料0.900.800.78降低废气污染0.900.850.80第二章智能交通系统的发展 #（2） ITS的收益投资比日本ITS的收益投资见下表2-2o第四节ITS在欧洲表22日本ITS收益投资估计投资（兆日元）收益（兆日元）收益/投资第一阶段1995-2000年1.01.21.2第二阶段2001-2005年75第三阶段2006-2015年67此外，日本还对VICS的投资效益进行了预算：在20年间，必要的事业投 资为L2兆日元，收益可达7.7兆日元，相当于投资的6倍之多。欧洲80年代初期，德、英、法等国纷纷先后各自研究

21、自己的系统：德国的 LISB,英国的 AUTOGUIDE,瑞典的 ARISE,法国的 MARATHON ATLAS 等。 欧共体经济合作与发展组织（OECD）对此做了调查，并对各国的研究成果作了 评价。1988年发表了题为路线导行与车内通讯系统的调研报告，认为：应 用现代信息与通讯技术等高科技的路线导行系统，将会使道路交通发生显著的 变化。基于这样的认识，OECD将努力促进这一领域的研究开发。1. DRIVE 计划DRIVE（Declicated Road Infrastnictiire for Vehicle Safety in Eutope）计划是欧共 体由政府组织的一项研发计划，1987

22、年欧共体运输部长联席会议开始筹划，1988 年开始执行。组织12个国家的高校、研究中心、企业等各方面，累计有70多 家单位参加合作研究。其目标是：降低道路交通事故，加强道路交通安全，提 高原有设施的运行效率，降低交通对环境的污染等。（1）DRIVE-I计划的起始阶段：从1988年至1991年。研究内容集中 于基础研究与标准研究，分成四个方面：总体问题和建模，出行者行为分析和 交通安全，交通控制与服务，以及通信与数据库。第一阶段DRIVE-I计划已于1991年告一段落，取得的成果包括：移动无线 通信的动态路线导行系统、交通事故自动检测系统、数字地图、交通控制与管 理知识库系统、交通控制新策略新算

23、法、交通控制与路线导行综合系统、全欧 出行规划系统等。(2) DRTVE-IIDRIVE-II的基本目标是：a.使DRIVEJ研究成果付诸实用；b.建立通用系统 规范。(3) 从 DRIVE-II 至ITELEMATICSDRIVE计划第三阶段DRIVE-IIL或称交通运输信息通讯技术是一项环绕道 路交通运输、航空运输、铁路和水路运输、多方式联合运输的综合性研究计划。2. PROMETHEUS 计戈lj1986年14家欧洲汽车制造商联合提出PROMETHEUS计划(Piogiam for Europe Traffic with Highest Efficiency and Unpreceden

24、ted Safety),将其作为欧洲 EUREKA联合开发项目的一个组成部分，其目的是探清研究的必要性，确定研 究方向和内容，并拟订研究计划。(1)开发目标、项目PROMETHEUS环绕五个开发目标： 安全：研究预防交通事故系统； 经济：降低油耗； 高效：提高道路通行能力； 方便：减轻司机驾驶负担； 环境保护：降低交通对环境的污染。研究与开发项目分为两大类：第一类是基础研究，由高校、研究院承担，共 70个研究机构参加。第二类是应用研究，由汽车制造商承担，共有103家厂商 参加。(2)研究成果PROMETHEUS规定的研究开发和现场测试项目的研究成果分成9类。这些 成果已于1994年10月在巴黎

25、举行的94,智能车辆学术会上展示。(3) 从 PROMETHEUS 至lj PROMOTE上述展示标志 PROMETHEUS 结束，随之 PROMOTE (Program for Mobility in Transpoitation in Europe)计划开展了。PROMOTE 从 1995 年开始，计戈lj 4 年 城市交通与智能交通完成。PROMOTE围环绕各种不同的交通方式研究其智能化措施。PROMETE并非PROMETHEUS的简单继续，两者区别如下： 研究内容 从车辆技术移向交通管理系统与安全系统；参与者不仅是汽车制造商，也包 括电子公司和道路管理者。3.研究TELEMATICS的

26、组织机构欧盟随美国ITS-America的成立，于1992年筹组成立与ITS-Ameiica相当 的 RETICOC European Road Transport TELEMATICS Implementation Organization） 机构，统一协调TELEMATICS的研究。第五节ITS在中国20世纪90年代初，我国的相关学者已经意识到研究和开发ITS的重要性。 在20世纪90年代中期，由于受到国外ITS研发的影响，政府部门也开始重视 对ITS的研究，随后，又得到中央部门和部分地方政府的支持，例如：国家科 技部、交通部、铁道部、信息产业部、国家技术监督局等，以及北京、上海、 深圳、

27、广州、济南、青岛、杭州、厦门、中山等。1999年，我国成立了全国智能交通系统（ITS）协调指导小组及办公室，同 年，又成立了全国智能交通运输系统（ITS）专家咨询委员会，其中，同济大学、 清华大学、北方交通大学、北京航空航天大学、吉林工业大学、东南大学等高 校的有关专家为咨询委员，并启动了国家“九五”科技攻关课题和国家“十五''科 技攻关课题。第六节ITS子系统概貌总结美国、日本、欧盟研发ITS的进程，可以得出如表23所示的美、日、 欧研发ITS的计划中其分系统名称及变迁表。应该指出，我国在“九五攻关” 项目中，在借鉴美国、欧盟、日本的ITS子系统建立经验的基础上，也确立了 中

28、国的ITS子系统。 17 第二章智能交通系统的发展表2-3美国、日本、欧洲研发ITS计划中子系统名称及变迁对照美国日本IVHSITSUTMSITSDRIVE IITELEMATICS先进交通管理系统（ATMS）集成交通控制系统（UCS）.动态路径导行系统（DRGS）交通管理最适化（OTM）. 道路管理效率化«ERM） 导行系统高度化（ANS）城市交通综合管理交通管理与控制先进出行者信息系统（ATIS）先进车辆信息系统（AMIS）交通旅行情报交通与旅行情报先进车辆控制系统（AVCS）车辆运行控制系统（MOCS）安全运行支援（ASD）司机援助与协作驾驶车辆控制商车运行管理系统（CVOS）

29、商用车高效化（ECVO）货运交通及其车队管理先进公交运行系统（APTS）公交有线系统（FTPS）公共交通支援（SPT）公共交通管理先进市际交通系统（ARTS）城际交通综合管理环境保护管理系统（EPMS）电子收费系统（ETCS）步行者支援<SP>紧急车辆运行支援（SEVO）交通需求管理自动道路系统（AHS） 19 第二章智能交通系统的发展思考题1 .世界各国为何要投入巨大人力、财力致力于ITS的研究和开发？2 . ITS在我国有无研究应用的必要性？试以上海市为例，加以说明。第三章ITS体系结构智能交通系统是一种复杂的巨系统，如何来描述系统各构件之间的相互关系 及系统各部分的功能与整体

30、功能，就要用到“体系结构”这一概念。本章介绍 ITS体系结构的基本概念、体系结构的构建方法、以及应用实例。第一节什么是ITS体系结构系统的概念来源于自然实践。辞海对系统的解释是：所谓“系统”，是由相 互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体。在交通 系统中，人、车、路以及货物这四个组成部分构成了道路交通系统，该系统的 目的是实现人或物的有效移动。如果人（货物）、车、路构成的道路交通系统， 再配上具有智能的交通信息中心、交通管理中心、交通控制中心等以及智能化 的车载设施和道路交通基础设施，如各类检测设施、信息发布设施即信息传输 设施，就构成了智能交通运输系统。然而，怎样来描述

31、这一抽象概念的系统呢？像居住房屋一样，房屋由基础、 梁、柱、屋面等各构件用一定的搭接方式建成，具有供人们居住生活的功能。 房屋的各构件相互搭接的关系及房屋各部分的功能和整体功能可用房屋的建筑 图和结构图来描绘。同样，ITS各构件的相互关系及各部分的功能和整体功能， 也可用系统体系结构来描述。因此，ITS的体系结构是指系统所包含的子系统、各个子系统之间的相互关 系和集成方式、以及各个子系统为实现用户服务功能、满足用户需求所应具备 的功能。根据定义，ITS体系结构决定了系统如何构成，确定了功能模块以及模 块之间的通信协议和接口，它的设计必须包含实现用户服务功能的全部子系统 的设计。ITS体系结构具

32、有下列重要意义： ITS本身比较复杂，涉及面广，需要有一个指导性的框架，来帮助我们 理解这个系统的结构； ITS是一个庞大的系统，包含有很多子系统，它的实施需要通过这些子 系统来实现，ITS体系结构为ITS的各个部分提供了统一的接口标准，从而使各 个部分便于协调，集成为一个整体； 避免少缺和重复，使ITS成为一个高效、完整的系统，并具有良好的扩 展性； 根据国家总体ITS框架，发展地区性的体系结构，保证不同地区智能交 通系统具有兼容性。第二节ITS体系结构的构建方法1 . ITS体系结构构建方法比较世界各国开发ITS体系结构采用的方法主要有两种，一种称为结构化方法 (Structured Me

33、thod), 一种称为面向对象的方法(Object Oriented Method)o结构化方法，以功能的抽象与分解为主要手段，按功能之间的联结关系组织 数据。结构化方法简单易行，流行已久，能被大多数工程师理解和接受，便于 交流，但用结构化方法开发的系统修改或扩展比较困难。面向对象的方法，首先确定对象或实体及其与其他对象之间的关系，然后确 定每个对象执行的功能，围绕数据对象或实体组织功能，形成单一的相互关联 的视图。用面向对象方法开发的系统易于扩展和修改，但该方法操作起来比较 复杂，而且可读性不强，不利于交流和讨论。国家ITS体系结构作为一种指导全国ITS设计的框架，必须得到全国工程师 和投资

34、者的广泛认同才能真正发挥作用。因此，国家ITS体系结构必须具有较 强的可读性，以便让更多的人能理解之，进而讨论之。此外，如果用面向对象 的方法来开发ITS逻辑结构，在确定“对象”集时将遇到很大的麻烦，因为ITS 是一个复杂的大系统，可能的“对象”太多，“对象”的抽象程度也很难一致。 美国“国家ITS体系结构开发小组”就是选用结构化方法构建了其国家ITS 体系结构。我国“九五”国家科技攻关项目“中国智能交通系统体系框架研究”, 也采用了结构化方法。2 .结构化方法简介结构化方法构建ITS体系结构，其主要流程如图3.1所示。图3.1结构化方法构建体系结构流程简图（1）界定用户构建ITS体系结构首先

35、要界定系统的用户。ITS作为信息技术（IT）系统的 一个分支，可用IT系统界定用户的方法来界定其用户。信息系统的用户是指影 响系统或受系统影响的人和机构，可以从四个方面识别信息技术系统的用户， 即：需要IT者、制造IT者、使用IT者和管理IT者。（2）用户服务所谓用户服务是按用户的要求，系统应能为用户服务的事项。ITS用户服务 就是ITS能提供的服务与产品；提出了 ITS用户服务项目，也就是提出了 ITS 开发的范围。（3）用户服务要求为了实现每项用户服务，需要ITS能完成一系列功能。为了反映这一点，须 将每项用户服务分解成更为详细的功能说明一一即用户服务要求；换句话说， 用户服务要求是系统为

36、提供用户服务而应该具备的一些功能。(4)需求模型需求模型描述系统应该做什么，是系统功能要求的模型化。需求模型主要任 务是定义系统的信息处理行为和控制行为。在构架模型开发阶段主要考虑系统 的功能要求。需求模型由“需求总图”、一系列分层次的“数据流图”与“控制流图”及 其相应的“过程定义”、“控制说明”与“数据字典”组成。需求总图定义系统的边界，即确定哪些元素属于系统内部，哪些元素位于系 统外部。数据流图和过程定义描述系统执行的功能。控制流图和控制说明描述系统执行这些功能的条件或环境。实时性要求(Time Specification)对系统在“输入终端”接受事件(Event)刺激 后，在“输出终端

37、”作出反应的时间进行限定。数据字典对在数据流图、控制流图中出现的数据流、控制流、存储器和终端 进行描述和定义。需求模型在美国国家ITS体系结构中被叫做“逻辑结构”，其中的控制 流图被加入数据流图。(5)构架模型构架模型描述系统设计应如何组织，是系统设计的模型化。构架模型的主要 任务是：确定组成系统的物理实体；定义物理实体之间的信息流动；说 明信息流动的通道。在构架模型开发阶段不仅要考虑功能要求，而且要考虑性 能要求、可靠性要求、安全保密要求以及开发费用、开发周期、可用资源甚至 市场条件等方面的问题。构架模型庄1“构架总图”、“信息流图”、“模块说明”、“信息通道图”、“信息 通道定义”和“信息

38、字典”组成。构架总图建立系统与其运行环境之间的信息边界，是系统的最高级视图，构 架总图一般与系统总图一致。信息流图和构架模块说明描述组成系统的物理模块以及模块之间的信息流 动。信息通道图和信息通道定义描述模块间信息流动的渠道。信息字典注释信息通道中所有的数据以及数据字典中未出现的其他信息。构架模型在美国国家ITS体系结构中被叫做“物理结构二构架模型完成后，经确认所有的用户服务都被体系结构构架中各子系统所包 含，并经过对所构建的体系进行评价，包括来自投资者意愿的反馈信息，最后 利用来自确认和评价的反馈结果进一步修改系统要求和体系结构。修改完善后，在确定的ITS体系结构的基础上，才能拟定整个ITS

39、的研究开 发计划、制定ITS各部分和各类产品的统一标准以及规定系统的通信协议等。第三节美国的国家ITS体系结构1 .开发过程目前，我国还没有形成最终完善的国家ITS体系结构，这里以美国为例, 简要介绍其ITS体系结构。美国是最早开发完整的ITS体系结构的国家，美国国家ITS体系结构开发计 划分为两个阶段，第一阶段为“思路竞争阶段”，由4个小组分别独立开发出体 系结构初步方案；经过方案评审和比较，2个开发小组获准进入第二阶段，称为 “联合开发阶段”，吸收各初步方案的优点，经过整理与合并，合作开发统一、 唯一的国家ITS体系结构。典型的体系结构开发过程实质上包括在第一阶段的工作中，采用了反复修改

40、的开发程序。首先从界定用户、确定用户服务和用户服务要求出发，开发出运 营要求或系统要求，进而开发出运营概念（体系结构的目标以及用户如何与之 交互）；接着，开发包含一系列详细功能要求的逻辑结构；将逻辑结构中的处理 分配到物理实体/子系统，就产生了物理结构，一个在2012年时间框架内提供所 有用户服务的体系结构也就被开发出来了；发展部署确定导入某些功能（或服务） 的时间框架和背景；体系结构的确认体现在追溯矩阵中，追溯矩阵将用户服务 要求追溯至逻辑结构中的处理、物理结构中的子系统，以保证所有的用户服务 都被体系结构所包含；然后对体系结构进行评价，包括接受来自投资者意愿的 反馈信息；最后利用来自评价和

41、确认过程的返馈结果进一步改进系统要求和体 系结构。2 . ITS体系结构概貌美国国家ITS体系结构（简称UNIA）开发计划共耗资2500万美元，主要 成果体现在约2500页的文本中，分为：体系结构、评价、实施策略和相关标准 等4部分内容。下文将从用户服务与用户服务要求、逻辑结构和物理结构等方 面，介绍美国国家ITS体系结构概貌。（1）用户服务与用户服务要求满足用户服务和用户服务要求是对ITS体系结构的基本要求，UNIA覆盖了 30项ITS用户服务（见下表31）及相应的1000多条用户服务要求。表31美国ITS用户服务用户服务领域用户服务出行和运输管理途中驾驶员信息(En-Route Drive

42、r Information)路线导行(Route Guidance)旅行者服务信息(Traveler Sendees Information)交通控制(Traffic Control)偶发事件管理(Incident Management)排放测试与缓解(Emissions Testing and Mitigation)道路 铁路交叉口(Highway-Rail Intersection)出行需求管理出行前旅行信息(Pre-Trip Travel Information)合乘车匹配与预约(Ride Matching and Reservation)需求管理和运营(Demand Managemen

43、t and Operations)公共运输运营公共运输管理(Public Transportation Management)在途公交信息(En-Route Transit Information)个人化公共交通(Personalized Public Transit)公共出行安全(Public Travel Security)电子付费服务电子付费服务(Electionic Payment Services)商用车运营商J书车电子结算(Commercial Vehicle Electronic Clearance)自动路边安全检查(Automated Roadside Safety Inspe

44、ction)车载安全监视(On-Board Safety Monitoring)商用车行政管理(Commercial Vehicle Administrative Processes)危险物品异常响应(Hazardous Material Incident Response)商用车队管理(Commercial Fleet Management)25第二章智能交通系统的发展紧急事件管理紧急事件通报与个人安全(Emergency Notification andPersonal Security)紧急车辆管理(Emergency Vehicle Management)先进车辆控制和安全系统纵向防撞

45、(Longitudinal Collision Avoidance )横向防撞(Lateral Collision Avoidance)交叉 口 防撞(Intersection Collision Avoidance)防撞视野强化(Vision Eiiliancement for Crash Avoidance)危险预警(Safety Readiness)撞前避伤(Pre-Crash Restraint Deployment) 自动公路系统(Automated Highway Systems)31（2）逻辑结构UNIA逻辑结构通过ITS需求总图、数据流图、处理说明和数据字典来体现 前述用户服务

46、和用户服务要求。UNIA确定的美国ITS总图如图3.2所示，图中 圆圈代表ITS功能性“处理”，矩形代表从ITS处理接收信息或者将信息传递给 ITS处理的“外部终端”。图3.3是简化了的UNIA顶层数据流图，图中箭头表 示“数据流”，圆圈表示“处理”、直线段表示“文件”，矩形表示“外部终端”。财务机构电子付款服务付款请求付款驾驶员和出行者服务紧急并件确认紧急事件通知紧急事件服务路线请求、交求 表公清 交刻公时紧急事件 事故数据 线信息 X路线信息交通信息公交 管理I路线信息实施输一X规划数据ITS规划者商用车 辆运营 管理交通商用车辆普通乍辆图3.3简化的UNIA顶层数据流图(3)物理结构UI

47、NA将运输系统分成3层：运输层、通信层和体制层。运输层执行运输功 能，通信层为运输层组件之间的连接提供通信服务，体制层反映政策制定者、 规划者和其他ITS用户之间的关系。物理结构的确定要考虑体制方面的因素， 但体制层不属于物理结构部分，而是在实施策略中描述。物理结构分运输层和 通信层进行描述。运输层UNIA构架总图与图3.2所示的逻辑结构总图一致。UNIA将ITS组件分成4类，即：中心子系统、路侧子系统、车辆子系统、 出行者子系统；每种类型又包括数量不等的个别子系统，UNIA共确定了 19个 子系统；每个子系统进一步分解多个设备包。设备包是物理结构中可以购买的 最小单位的实体，每个设备包对应着

48、逻辑结构中的一个或多个“处理”。图 3.4 是 UNIA 顶层构架流图(Top Level Architecture Flow Diagram),显示了 各类子系统之间及其与外部终端之间的关系，图中实线框表示ITS组件，虚线 框表示外部终端。出行者请求fj事行者请求服务f'状态一子系统4回应请求服务代白探测车数据 格心!汁一、方结；：其它中心；：1心尔戈：；子系统：千7信息协调中心 子系统中心 ；状态匚作人员： J 一一 .一一 .一一 .识别交易确认请求一识别一驾驶员、-状态一子系统G交易确人一路侧系统其它车辆：车辆系统环境J请求一：路侧 子系统一状态7工作人员AHS控制状态空气质量

49、状态控制图3.4 UNIA顶层构架流图通信层UNIA为支持ITS子系统之间的通信定义了 4种类型的通信媒体，即：有线 通信（固定一一固定）、广域无线通信（固定一一移动）、专用短程通信（固定 一一移动）和车车通信（移动一一移动）。图3.5是UNIA顶层构架互连图，显示了美国ITS分属4类的19个子系统 （用矩形框表示）及其交换信息的4种基本通信连接方式（用椭圆形框表示）， 该图也可被看成是UNIA物理结构之运输层和通信层的最高级视图。出行者子系统中心子系统远程出行支持个人信息入口尾气排放管理 交通管理 信息服务提供者紧急事件管公交管理收费管理军队与货运管理商用车管理规划广域无线通信有线通信n车-

50、车通信kJ普通车辆公交车辆商用车辆一紧急车辆车辆子系统-C专用短程通信路边子系统图3.5 UNIA顶层构架互连图第四节中国国家ITS体系结构展望本节参考UNIA,对中国国家ITS体系结构（CNIA）做扼要介绍，主要集 中于上层体系结构，并给出各子系统之间的关系。1 .逻辑结构逻辑结构的重点是系统的功能性处理和数据流。逻辑结构独立于体制和技 术，它不确定由谁来实现系统中的功能，也不考虑实现这些功能的方式。因此, CNIA逻辑结构与UNIA逻辑结构的差异主要来源于中、美ITS用户服务与用户 服务要求的差异。 ITS总图总图定义系统的边界，根据中国ITS用户服务要求，可初步确定中国ITS第二章智能交

51、通系统的发展总图如图3.6所示；与美国ITS总图相比，增加了自行车、骑自行车者、残疾车、公交驾驶员障碍物道路路况环境其它车公交车旅行者商用车公交乘客媒体执法机构车辆特征收费设备道珞收费员I地图更新者交通管理人员交通交通规划人员天气预报者停车场主财政机构活动主办者定位数据源紧急通信系统自行车残疾车骑车者戕疾人科研人员路边紧急系统其它公交铁路其它商用车商用车检公交车队政府管理系统管理中心广匕设备工作员查人员管理者其它紧急事 件管理中心其它交通 管理中心商用车 驾驶员普通车 驾驶员共它信息服 务提供者多模式货运 装卸人员道路建设 与维护停车场 工作人员防灾救灾 办公室旅行者服务 提供者公交维修 人员

52、车辆 管理部门商用车运营 信息问讯者多模式运输股务提供者货运管理 机构多模式货运 仓库道路与轨道 交叉口信息服务 工作人员行人道路收费机构公交系统 运营者公共场所 安全状况ITS管理部门普通车35残疾人、科研人员、防灾救灾办公室等外部终端。图3.6中国ITS总图顶层数据流图顶层数据流图涉及到ITS功能的首次分解，其实质是划分ITS功能领域。 UNIA逻辑结构将ITS分解成8棵功能性“处理树”，即：交通管理、商用车管 理、车辆监视与控制、公交管理、紧急服务管理、驾驶员和出行者服务、电子付款服务、规划与实施。考虑到中国与美国在用户服务要求上的区别，可以在 逻辑结构顶层数据流图将中国ITS分解成9棵

53、功能性“处理树1）交通管理； 2）商用车管理；3）车辆监视与控制；4）公交管理；5）紧急服务管理；6）驾驶员与 旅行者服务；7）电子收付费；8）自行车与行人支援；9）提供历史数据服务。考虑各“处理树”之间的数据交换，可得中国ITS逻辑结构顶层数据流图如 图3.7所示。价格数拥价格代询AHSJ7 制财务数相奁询AHS路线四'攵拧信息公交优先请求勺持放数据人支援：DFD ：，公交管理I DFDft向厄I谓物品信总驾驶员与'：DFD）DFD 1察总事件S暴力事件信1交通管理'：DFD）2DFD控制DFD 1紧急I DFD息4一计数据公交紧急那件检测信忍事件亦时公交索.急小件公

54、攵统紧急象的运苜散祗请求服务数据服务'：DFD）图3.7中国ITS逻辑结构顶层数据流图电子收付费乍辆监视与商用乍管理收费结果付费请求路线谓求交洒数据服务信息路线数据公交 数据公交交通数小件管理伯息及 余曾葭优先控制请求自行车与彳亍服务管理事件数 据查询2.物理结构物理结构把逻辑结构所确定的“处理”分配到ITS物理实体上，根据各实体 所含的“处理”之间的数据流，确定实体之间的构架流，进而确定物理实体的 互连方式。物理结构的确定要考虑系统功能要求，也要考虑非功能性要求，包括体制、 文化、市场等因素的影响。系统功能要求通过逻辑结构确定的“处理”和“数 据流”来体现，决定ITS物理实体必须完成的功能。非功能性要求则影响ITS功能在物理实体间的分配。例如：美国最初想把“交通信息服务”功能和“交 通管理”功能分配到一个子系统中，但考虑到“交通信息服务”涉及到个人隐 私，执行“交通管理”功能的公有部门在保护个人隐私方面不如私有部门，因 此决定专门设计“信息服务提供者”子系统来执行“交通信息服务”功能，并 期望由赢利性私有商家来完成之；又如：为了吸引运输业者购买车载ITS产品, 美国ITS体系结构研究小组又将“处理”功能尽量多地分配到“路侧子系统” 中，减少“商用车系统”承担的功能，为降低商用车车载ITS产品的价格提供 基础。尽管中国与美国在体制、文化、市场等方面不尽相同，但从长远